DE2209906B2

DE2209906B2 - Probe arrangement for non-destructive material testing of tubes and rods using the ultrasonic method

Info

Publication number: DE2209906B2
Application number: DE19722209906
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Dr.Phil. 5060 Bergisch Gladbach Grabendoerfer
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1979-08-30
Also published as: DE2209906A1; JPS4948389A; DE2209906C3; GB1413755A; JPS5620497B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von Rohren und Stangen im Ultraschallverfahren, bei der die in Tauchtechnik eingesetzten Prüfköpfe in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse angeordnet sind, mit einem zugehörigen Ultraschallgerät, das einen Leuchtschirm für die Ultraschallimpulse umfaßt.The invention relates to a probe assembly for Non-destructive material testing of tubes and bars in the ultrasonic process, in which the in Immersion technology used probes are arranged in a plane perpendicular to the pipe axis, with a associated ultrasound device which comprises a fluorescent screen for the ultrasound pulses.

In the ultrasonic testing of materials, it is known that

Ultraschallwellen über eine Wasservorlaufstrecke so in das Rohr- oder Stangenmaterial einzuleiten, daß eine in der Rohrwandung zickzackförmig zwischen Außen- und Innenoberfläche hin- und herlaufende, in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse umlaufende Transversalwelle entsteht bzw. daß in der Stange eine in Form eines einbeschriebenen Polygonzuges umlaufende Transversalwelle entsteht Um Oberflächenfehler mit nach beiden möglichen Seiten gerichteten Neigungen zuTo introduce ultrasonic waves over a water flow path into the pipe or rod material that an in the pipe wall zigzag back and forth between the outer and inner surface, in one plane perpendicular to the tube axis revolving transverse wave arises or that in the rod one in the form of a inscribed polygon course encircling transverse wave arises around surface defects with after inclinations directed towards both possible sides

ίο erfassen, wird meist ein in und ein entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufendes Schallbündel erzeugt Ändert sich der Durchmesser des zu prüfenden Rohres bzw. der Stange, dann muß der Abstand oder die Winkelstellung der Prüfköpfe zum Prüfobjekt oder beides geändert werden, um beim neuen Durchmesser des Prüfobjektes gleiche Verhältnisse bzw. Einstrahlwinkel vorliegen zu haben. Je nach Ausführungsform der Prüfmechanik bedeutet dies oft eine komplizierte und gegebenenfalls langwierige Justierarbeit, die zumeist mit den zugehörigen Testprüfobjekten vorgenommen werden muß.ίο grasp, is mostly one in and one against the Clockwise sound bundle generated If the diameter of the pipe to be tested changes or the rod, then the distance or the angular position of the test heads to the test object or both can be changed in order to have the same conditions or angle of incidence for the new diameter of the test object to have available. Depending on the design of the test mechanics, this often means a complicated one and, if necessary, lengthy adjustment work, which is mostly carried out with the associated test objects must become.

Ferner ist es bekannt, die in und entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn strahlenden Prüfkopfsysteme in verschiedenen, d.h. in Längsrichtung der Rohre bzw. Stangen hintereinander gelegenen Ebenen anzuordnen. Das bedeutet einen zusätzlichen Aufwand an Prüfköpfen und elektronischen Bausteinen, wenn das einwandfreie Funktionieren dc-r zur Fehlerprüfung eingesetzten Prüfköpfe während des Prüfablaufs dauernd überprüft werden solL Eine solche automatische Funktionsüberwachung ist jedoch für eine im kontinuierlichen Produktionsfluß arbeitende Prüfaniage zur Sicherung eines zuverlässigen Prüf resultats unbedingt erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfkopfanordnung zu finden, welche bei Durchmesserwechsel von Rohren und Stangen einfach, schnell und leicht einstellbar und nachkontrollierbar ist, so daß wieder gleiche Einstrahlverhältnisse vorliegen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei solche Prüfköpfe bzw. ihre ühwinger zu einer starren Einheit verbunden sind, derart, daß die ausgesandten Schallbündel unter gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkeln in nur einem Oberflächenpunkt des Prüflings auftreffen, die Winkelhalbierende zwischen den beiden Schallbündeln auf dieser Oberfläche und damit auf der Längsachse des Rohres oder der Stange senkrecht steht und die beiden starr gekoppelten Prüfköpfe in oder an einer Halterung oder einer Führung nur in Richtung der Winkelhalbierenden, unter Beibehaltung der Richtung und Lage derselben, verschiebbar angeordnet sind und daß Einstellmittel vorgesehen sind, mit denen eine Einstellung der beiden starr gekoppelten verschiebbar angeordneten Prüfköpfe so erfolgen kann, daß der auf dem Leuchtschirm desIt is also known to arrange the test head systems radiating clockwise and counterclockwise in different planes, ie one behind the other in the longitudinal direction of the tubes or rods. This means additional expenditure on probes and electronic components if the correct functioning of the probes used for error checking is to be continuously checked during the test sequence . The invention is based on the object of finding a test head arrangement which, when the diameter of pipes and rods is changed, can be adjusted and checked simply, quickly and easily, so that the same irradiation conditions are present again.
This object is achieved according to the invention in that two such probes or their ühwinger are connected to a rigid unit, such that the emitted sound bundles hit at the same but opposite angles in only one point on the surface of the test object, the bisector between the two sound bundles this surface and thus is perpendicular to the longitudinal axis of the tube or the rod and the two rigidly coupled probes are arranged in or on a holder or a guide only in the direction of the bisector, while maintaining the direction and position of the same, and that adjustment means are provided , with which an adjustment of the two rigidly coupled displaceably arranged probes can be done so that the on the luminescent screen of the

Ultraschallgeräts abgebildete, an der Obefläche des Prüflings von dem einen Prüfkopf zum gegenüberliegenden Prüfkopf gespiegelte laufzeitabhängige Ultraschallimpuls mit einer entsprechend dem jeweiligen Prüflingsdurchmesser vorbestimmten Einstellmarke zusammenfällt. Ultrasonic device shown, on the surface of the test object from one probe to the opposite Probe mirrored transit time-dependent ultrasonic pulse with a corresponding to the respective Test object diameter coincides with the predetermined setting mark.

Eine Abwandlung dieser Anordnung sieht vor, daß anstelle von zwei einzelnen Prüfköpfen zwei Prüfkopfsysteme verwendet werden. In jedem System sind mehrere Prüfköpfe vorgesehen, die insbesondereA modification of this arrangement provides that, instead of two individual test heads, two test head systems be used. Several probes are provided in each system, in particular

hintereinander liegen und mit gleichen Einstrahlwinkeln hinsichtlich der Oberfläche des Prüflings eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist zurlie one behind the other and are used with the same angle of incidence with regard to the surface of the test object.
According to a further embodiment is for

Betriebsüberwachung eine an sich bekannte Impulstaktsteuerung vorgesehen, die derart arbeitet, daß die Prüfköpfe in vorbestimmter Taktfolge, z. B. neben der Prüfung bzw. den Prüfschritten mit im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufenden Strahlbündeln außerdem in einem oder mehreren Zusatztakten, zur Überwachung der eigenen Funktion einschließlich verwendeter Sender und Empfänger, angeregt werden. Dies ist eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Prüfanordnung hinsichtlich einer einfachen und dauernd wirksamen Funktionsüberwachung zugehöriger Prüfköpfe.Operational monitoring a pulse control known per se provided, which operates in such a way that the probes in a predetermined cycle, z. B. next to the Test or the test steps with clockwise and counter-clockwise beam bundles also in one or more additional cycles, for monitoring one's own function, including used transmitter and receiver. This is an advantageous further development associated with the test arrangement with regard to simple and permanently effective function monitoring Probes.

Eine Ausführungsfonn der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below explained. It shows

F i g. 1 eine Stirnansicht eines Prüfkopfsystems mit einem (teilweise dargestelltem) Rohr als Prüfling, z. B. zur Erzeugung von Transversalwellen unter 45° in einer Rohrwandung zur Längsfehlersuche,F i g. 1 shows an end view of a test head system with a (partially shown) pipe as a test object, e.g. B. to generate transverse waves under 45 ° in one Pipe wall for longitudinal fault location,

Fig.2 eine der Fig. 1 entsprechend gleiche Darstellung, mit erregtem linken Prüfkopf, so daß die Schailstrahlrichtung im Rohr im Uhrzeigersinn verläuft,2 shows a representation corresponding to FIG. 1, with the left probe excited so that the beam direction in the pipe runs clockwise,

Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Dinstellung, jedoch mit erregtem rechten Prüfkopf, wobei der Schallstrahl entgegen Uhrzeigersinn verläuft,3 shows a setting corresponding to FIG. 2, but with the right probe excited, with the sound beam running counterclockwise,

Fig.4 eine der Fig.2 bzw. Fig.3 ähnliche Darstellung, jedoch in der KontroUstellung, mit Darstellung des am Oberflächenpunkt reflektierten Strahles,FIG. 4 is similar to FIG. 2 or FIG. 3 Representation, but in the control position, with representation of what is reflected at the surface point Beam,

F i g. 5,6,7,8, schematisch, die Stirnansicht auf einen im Querschnitt runden Prüfling, um die Winkelbeziehungen zwischen den !Schwingern, des ausgesandten bzw. reflektierten Strahlbündels bzw. Lage des Oberflächenpunktes zu erläutern,F i g. 5,6,7,8, schematically, the front view of one The test specimen is round in cross-section to show the angular relationships between the transducers of the sent or to explain the reflected beam or the position of the surface point,

Fig.9 schematisiert, eine Ausführungsform für den Einsatz von Prüfkopfsystemen, angeschlossen an den Ultraschallgenerator und gesteuert durch eine Schieberegisterschaltung, Fig.9 schematically shows an embodiment for the Use of probe systems connected to the ultrasonic generator and controlled by a shift register circuit,

Fig. 10—Fig. 13 das Schirmbild einer Braunschen Röhre mit Darstellung der richtigen bzw. der fehlerhaften Durchschallungsanzeigen.Figs. 13 the screen image of a Braunschen Tube showing the correct or incorrect transmission displays.

Gemäß F i g. 1 sind die Prüfköpfe 11 und 12 mit ihren zugehörigen Schwingern 11a, 12a zu einem starren Block 10 als Prüfkopfeinheit vereinigt Die von den Schwingern ausgehenden Ultraschallbündel 13 bzw. 14, als gerade idealisiert dargestellt und sofern Prüfköpfe 11 und 12 als Sender ausgebildet bzw. geschaltet sind, treffen in dieser Figur In dem gemeinsamen Oberflächenpunkt 15 des Rohres 16 auf und werden nach der bekannten Gesetzmäßigkeit vom Einfallslot weggebrochen und verlaufen dann zickzackförmig weiter. Gemäß Fig. 1-Fig.4 ist erkennbar, daß die notwendigen Bedingungen eines gleichen Eintrittspunktes und eines gleichen Auf tref fs winke Is immer nur dann erfüllt sind, wenn die Winkelhalbierende 17 zwischen den beiden ausgesandten Schallbündeln 13, 14 senkrecht auf die Achse des Rohres 16 zeigt und daß die Materialoberfläche sich in einem bestimmten Abstand vor den Prüfköpfen 11, 12 befinden muß, nämllich im Konvergenzpunkt 15 der beiden Schallbündel. Der Vorgang des Einstellens eines z. B. 45° Prüfkopfsystems auf eine neue Prüflingsabmessung an Stangen verschiedenen Durchmessers geht im einzelnen aus den F i g, 5 - 8 hervor. Bei einem großen Stangendurchmesser D₁, gemäß Fig.5, wird die richtige Einstellung für «=45° nur bei einer vorbestimmten Entfernung 5b erreicht, also für S-Sa. Wenn gemäß F i g. 6 ein neuer, kleinerer Stangendurchmesser D₂ zur Prüfung kommt, würde der richtige Eintrittspunkt vor der Oberfläche der Stange 16a an der Stelle 15a liegen, die Forderung des gleichen Auftreffwinkels wäre nicht erfüllt und es gilt: S> Sa, et > 45°.
Beim Versuch, einen gleichen Auftreffwinkel wie bei F i g. 5 zu erreichen, oder dann, wenn sich aus anderen Gründen die Entfernung zwischen den Schwingern Ua₁ 12a und einer Stange 16b geändert hat, liegt wiederum nicht der gleiche Auftreffwinkel vor, sondern der richtige Punkt 15a liegt zu tief, so daß hier gilt: 5< S₀, According to FIG. 1, the test heads 11 and 12 with their associated transducers 11a, 12a are combined into a rigid block 10 as a test head unit.The ultrasonic bundles 13 and 14 emanating from the transducers are shown as idealized and provided that test heads 11 and 12 are designed or connected as transmitters , meet in this figure in the common surface point 15 of the tube 16 and are broken away from the incidence perpendicular according to the known law and then continue in a zigzag shape. According to Fig. 1-4 it can be seen that the necessary conditions of the same entry point and the same on tref fs winke Is are only met when the bisector 17 between the two emitted sound bundles 13, 14 perpendicular to the axis of the pipe 16 shows and that the material surface must be at a certain distance in front of the probes 11, 12, namely at the point of convergence 15 of the two sound bundles. The process of hiring a e.g. B. 45 ° probe system to a new test object dimensions on rods of different diameters is shown in detail in FIGS. 5-8. With a large rod diameter D ₁ , according to FIG. 5, the correct setting for = 45 ° is only achieved at a predetermined distance 5b, that is for S-Sa. If according to FIG. 6 a new, smaller rod diameter D ₂ comes to the test, the correct entry point would be in front of the surface of the rod 16a at the point 15a, the requirement of the same angle of incidence would not be met and the following applies: S> Sa, et> 45 °.
When trying to use the same angle of incidence as in F i g. 5, or if the distance between the transducers Ua ₁ 12a and a rod 16b has changed for other reasons, the angle of incidence is again not the same, but the correct point 15a is too low, so that the following applies here: 5 < S ₀ ,

ίο <x<45°.ίο <x <45 °.

Die richtige Einstellung jedoch mit der Bedingung S—So und «=45 ergibt sich anhand der Fig.8, wobei die Schwinger 11a, 12a die richtige Entfernung von der Oberfläche des Prüflings haben, so daß die Schallstrahlbündel 13, 14 wie bei Fig. 1 im gleichen Eintrittspunkt 15 zusammentreffen. Die Kontrolle über die richtigeThe correct setting, however, with the condition S-So and = 45 results from FIG. 8, the transducers 11a, 12a being at the correct distance from the surface of the test object, so that the sound beams 13, 14 as in FIG meet at the same entry point 15. Control over the right one

Position according to FIG. 8, instead of the position according to FIG. 6 or 7,

wird anhand der F i g. 10-13 erläuten.is based on the F i g. 10-13.

Here the ordinate of the respective figure gives the

Amplituden- bzw. Echoanzeige, die Abszisse die Laufzeit t an. Dem vorbestimrni ?a Abotand der Materialoberfläche von den Prüfköpftn, dem Wert So, entspricht sinngemäß auf der Abszisse des Leuchtschirmbildes der Wert fo- Deshalb ist in diesen Figuren der richtige Wert S= S₀ oder der falsche Wert SkS₀ direkt auf der Laufzeitachse dargestellt Die den F i g. 5 bzw. 8 entsprechende Darstellung ist in Fig. 10 bzw. F i g. 13 angegeben, entsprechend zu F i g. 6 bzw. F i g. 7 in F i g. 11 bzw. F i g. 12. Die Echoaiizeige K auf F i g. 10 bzw. F i g. 13 entspricht dem Oberflächenpunkt 15 bzw. der richtigen Entfernung zwischen Schwingern 11a bzw. 12a und dem Oberflächenpunkt 15. Dagegen liegt die Echoanzeige K in F i g. 11 bzw. F i g. 12 zu weit bzw. zu kurz, verglichen mit der Marke 17. In etwa ist die falsche Einstellung auch durch den niedrigeren Amplitudenwert Kin Fig. 11, 12 ersichtlich, da eine stärkere Streuung des Schallbündels an der Oberfläche gegeben istAmplitude or echo display, the abscissa the transit time t . The vorbestimrni? A Abotand the material surface of the Prüfköpftn, the value So, reflects the spirit of the abscissa of the phosphor screen, the value f o Therefore, in these figures, the correct value S = S ₀ or the wrong value SkS ₀ displayed directly on the term axis The the F i g. 5 and 8 corresponding representation is in Fig. 10 and F i g. 13 indicated, corresponding to F i g. 6 and FIG. 7 in FIG. 11 and FIG. 12. The Echoaiizeige K on FIG. 10 and FIG. 13 corresponds to the surface point 15 or the correct distance between oscillators 11a or 12a and the surface point 15. In contrast, the echo display K is in FIG. 11 and FIG. 12 too far or too short compared to mark 17. The incorrect setting is also evident from the lower amplitude value Kin, FIGS. 11, 12, since there is greater scattering of the sound beam on the surface

Die Funktionen der Prüfkopfeinheit gehen am besten aus den Fig.2-4 hervor. Wird der eine Prüfkcpf 11, der ein Sender- und Empfängerprüfkopf ist, zur Schallabstrahlung angeregt so entsteht im Prüfling ^f6 ein unter einem Winkel « schräg eintretendes Schallbündel, das in diesem Falle im Uhrzeigersinn umläuft Wird zu einem anderen Zeitpunkt der zweite Prüfkopf 12, vgL Fig.3, erregt so erzeugt dieser im Prüfling 16 ein Schallbündel 14a, das ebenfalls unter einem Winkel λ eintritt aber entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn umläuft Die Kontrollfunktion ist einmal dann gegeben, Fig.4, wenn Prüfkopf 11 als SenderThe functions of the probe unit are best shown in Fig. 2-4. If the one test head 11, which is a transmitter and receiver test head, is stimulated to emit sound, a sound bundle enters ^{the test object f 6 at an angle, which in this case rotates clockwise} 3, it generates a sound bundle 14a in the test object 16, which also enters at an angle λ but rotates counterclockwise

so erregt ist Prüfkopf 12 lediglich als Empfänger arbeitet oder man hat eine symmetrische Kontrolle in zwei Kontrolltakten: Prüfkopf 11 als Sender, Prüfkopf 12 als Empfänger und in einem nachfolgenden Takt Prüfkopf 12 als Sonder und Prüfkopf U nunmehr als Empfängerso excited is the test head 12 only works as a receiver or one has a symmetrical control in two Control cycles: test head 11 as transmitter, test head 12 as receiver and, in a subsequent cycle, test head 12 as a special and probe U now as a receiver

Anstelle von nur z-yei Prüfköpfen in einer Ebene kann ein Prüfkopfsystem gemäß F i g. 9 mit z. B. getrennten Sender- und Empfängerprüfköpfen 20-23 Anwendung finden, die an die Schwinger Ua, 12a angeschlossen sind und andererseits r.iit dem Ultraschallgenerator 24 in Verbindung atehen. Die Steuerung des Impulstaktes an der Einspeisungsstelle 25 erfolgt durch einen Schieberegister 26 in Ringform, der die Takte z. B. avs Folgen I, H, III, IV steuert. Entsprechend dieser Ziffern werden die Köpfe als eine Zweiergruppe erregt d. h. sie senden bzw. empfangen, während die anderen Köpfe in ihrer Funktion unterdrückt sind. Die Arbeitsweise entspricht dem folgenden Prüf- und Kontrollschema:Instead of just z-yei probes in one plane a test head system according to FIG. 9 with z. B. separate transmitter and receiver probes 20-23 application that are connected to the Schwinger Ua, 12a and on the other hand it is connected to the ultrasonic generator 24. The control of the pulse rate on the feed point 25 is carried out by a shift register 26 in the form of a ring, which the clocks z. B. avs Follow I, H, III, IV controls. According to these digits, the heads are excited as a group of two d. H. they send or receive while the other heads are suppressed in their function. The way of working corresponds the following test and control scheme:

22 09 90622 09 906 Prüfkopf 2 alsProbe 2 as TaktTact Art Prüfkopf 1 alsType probe 1 as EE.
S + ES + E
SS. I
II
III
IVI.
II
III
IV prüfen S + E
Kontrolle S
prüfen
Kontrolle E check S + E
Control S
check
Control E Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Probe arrangement for non-destructive material testing of tubes and rods in the ultrasonic process, in which the probes used in immersion technology are arranged in a plane perpendicular to the tube axis, with an associated ultrasonic device which includes a fluorescent screen for the ultrasonic pulses, characterized in that two such probes ( 11, 12) or their transducers (11a, YIa) are connected to form a rigid unit in such a way that the emitted sound bundles (13, 14) at the same, but oppositely directed angles in only one surface point (15) of the test object (16 ), the bisector (17) between the two sound bundles (13, 14) on this surface and thus on the longitudinal axis of the tube or the rod (16) is perpendicular and the two rigidly coupled probes (it, 12) in or on one Bracket or a guide only in the direction of the bisector, while maintaining the direction and position of the same, arranged displaceably and that setting means are provided with which the two rigidly coupled, displaceably arranged test heads (11, 12) can be set in such a way that the one shown on the luminescent screen of the ultrasound device on the surface of the test object (16) from the one test head (11 or 12) to the opposite test head (12 or 11) mirrored transit time-dependent ultrasonic pulse (K) coincides with a setting mark (at t0) predetermined according to the respective test object diameter

2. Probe arrangement according to claim 1, characterized in that two probe systems with several probes with the same, one behind the other to the longitudinal axis of the test object Find angles of incidence use.

3. test head arrangement according to claim 1, characterized in that a for operational monitoring per se known pulse clock control (Fig.9) is provided, which works in such a way that the test heads in a predetermined cycle, e.g. B. next to the test or the test steps with clockwise and anti-clockwise beam bundles also in one or more additional cycles, to monitor one's own function including the transmitters and receivers used, be stimulated.